“Who did you eat before I ate you?”: a metagenomic analysis of gut contents of the Arctic lamprey (Lethenteron camtschaticum) during its feeding phase (Gulf of Ob, Kara Sea)

Nelle acque fredde e oscure dell'Artico, un pesce senza mascelle noto come lampreda vive da centinaia di milioni di anni, sopravvivendo attaccandosi ad altri pesci e nutrendosi del loro sangue e della loro carne. Sebbene queste creature siano antiche e ben note, gli scienziati hanno lottato a lungo per comprendere esattamente cosa mangino in regioni specifiche. I metodi tradizionali per osservare l'interno dello stomaco di una lampreda spesso falliscono perché i tessuti molli delle sue prede vengono digeriti così rapidamente che non rimangono ossa o scaglie per identificare il pasto. Per risolvere questo problema, i ricercatori si sono rivolti a una tecnica moderna chiamata metagenomica shotgun. Invece di cercare resti fisici, questo metodo legge il codice genetico, ovvero il DNA, presente all'interno del contenuto intestinale. Sequenziando ogni frammento di materiale genetico presente, gli scienziati possono identificare la specie di pesce che è stata mangiata, anche se il pasto è stato ridotto a una pasta liquida. Comprendere queste diete è fondamentale per gestire le popolazioni ittiche e mantenere l'equilibarsi delle reti alimentari marine, specialmente nel rapidamente mutevole ambiente artico.

Nell'agosto 2018, i ricercatori hanno raccolto due lamprede artiche nel Golfo di Ob, un enorme estuario nel Mar di Kara, in Russia. Questi pesci sono stati catturati come parte di un normale monitoraggio di ricerca, e il loro contenuto intestinale è stato accuratamente preservato per l'analisi. Il materiale all'interno non era una collezione di parti riconoscibili, ma una pasta brunastra-rossastra semidigerita, coerente con sangue e muscolo tritato. Per scoprire l'identità dell'ultimo pasto delle lamprede, il team ha estratto tutto il DNA da questa pasta e lo ha sequenziato utilizzando un metodo potente che legge milioni di frammenti genetici contemporaneamente. La sfida era che l'intestino conteneva un mix di DNA della lampreda stessa, batteri e dei ricercatori che avevano manipolato i campioni, tutti i quali dovevano essere filtrati per rivelare il vero segnale alimentare.

Dopo aver rimosso il rumore genetico derivante da esseri umani, batteri e dall'ospite lampreda, i dati rimanenti hanno rivelato un quadro chiaro di ciò che questi predatori avevano consumato. L'analisi ha mostato che la fonte primaria di cibo per la lampreda artica in questa regione è il coregone, un grande gruppo di pesci appartenente al genere Coregonus. In una delle lamprede, il DNA del coregone costituiva quasi due terzi del materiale genetico ittico identificabile, mentre nell'altra, rappresentava più di quattro quinti. Questo ritrovamento conferma che, nel Golfo di Ob, queste lamprede agiscono come predatori di pesci grandi e abbondanti piuttosto che come semplici parassiti di specie più piccole. Lo studio ha anche rilevato tracce di altri pesci, tra cui lo spinello a nove spine, l'avannotta artica e membri della famiglia dei merluzzi, sebbene questi apparissero in quantità molto minori.

I ricercatori hanno dovuto prestare attenzione nell'interpretare questi risultati perché i database genetici utilizzati per identificare i pesci non erano perfetti. I dati iniziali contenevano corrispondenze genetiche con specie di pesci che non vivono nell'Artico, come specie tropicali presenti nelle Americhe o in Africa. Questi sono stati identificati come errori causati dalle lacune nelle biblioteche di riferimento scientifico, che sono fortemente sbilanciate verso i pesci ben studiati e di importanza economica e mancano di dati sufficienti sulle specie artiche. Per correggere questo, il team ha sviluppato un sistema che pesava i risultati genetici rispetto a ciò che è noto riguardo ai pesci che vivono effettivamente nel Golfo di Ob. Questo approccio ha permesso loro di scartare con fiducia le corrispondenze esotiche e impossibili e concentrarsi sulle specie locali realmente presenti nei visceri delle lamprede.

La dieta trovata nel Golfo di Ob si pone in netto contrasto con quanto osservato in altre parti del mondo. Nel Mare di Bering, ad esempio, le lamprede artiche sono state trovate a nutrirsi principalmente di piccoli pesci che si muovono in banchi, come capelani e aringhe. Le lamprede dell'Artico russo, tuttavia, prendono chiaramente di mira i grandi coregoni che dominano le loro acque locali. Questa differenza evidenzia la flessibilità delle abitudini alimentari della lampreda; esse non si limitano a un unico tipo di preda, ma si adattano a qualunque pesce grande e nutriente sia più disponibile nel loro specifico ambiente. Lo studio ha anche notato che i due individui esaminati avevano diete leggermente diverse, con uno che aveva consumato un mix di pesci più vario e l'altro che si era nutrito quasi esclusivamente di coregone. Ciò suggerisce che la storia alimentare individuale e la disponibilità locale giocano un ruolo significativo in ciò che ogni lampreda mangia.

Sebbene lo studio fornisca il primo sguardo molecolare sulla dieta delle lamprede artiche nell'Artico europeo, gli autori riconoscono che il loro campione era molto piccolo, consistendo di soli due pesci provenienti da un'unica località e da un unico momento temporale. Essi avvertono che si tratta di un'osservazione esplorativa dell'ecologia alimentare della specie piuttosto che di un censimento completo della sua dieta. La presenza di alcuni DNA di pesci, come quello dello spinello a nove spine, potrebbe anche essere il risultato di un consumo secondario, il che significa che la lampreda potrebbe aver mangiato un pesce che aveva recentemente mangiato uno spinello, piuttosto che aver mangiato direttamente lo spinello. Nonostante queste limitazioni, la ricerca dimostra con successo che la metagenomica shotgun è uno strumento potente per studiare le diete degli animali in cui i metodi tradizionali falliscono. Essa sottolinea inoltre l'urgente necessità per gli scienziati di costruire biblioteche genetiche migliori e più complete per le specie artiche, al fine di garantire che gli studi futuri possano identificare le prede con una precisione ancora maggiore.